LAMOST科学观测计划

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是由中国科学技术大学与国家天文台、南京天文光学技术研究所共同承担的国家重大科学工程项目.LAMOST在口径、视场和光纤数目三者结合上超过了目前国际上所有的多目标光谱巡天计划的装置.本文介绍了它将在河外星系、银河系结构与演化及多目标认证三方面的科学巡天计划.LAMOST的建成将对宇宙学、星系形成及演化、恒星物理等天文学中广泛的科学课题的研究做出重要的贡献.     

LAMOST减天光方案研究

首先参考SDSS(the sloan digital sky survey)的经验,初步确立了大天区面积多目标光纤光谱望远镜二维光纤光谱数据处理流程,完成了LAMOST二维光纤光谱数据处理软件1.0版,并用模拟数据进行了测试,结果表明,该软件能基本满足LAMOST设计要求;其次提出了基于曲面拟合天光谱减天光的方法,并给出了初步的模拟实验,实验结果表明,该方法能更有效消除天光背景空间差异导致的减天光误差.     

LAMOST光纤定位技术

对于在建的大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(large sky area multi-object fiber spectroscopy telescope,LAMOST)而言,如何在直径为1.75 m的球冠形焦面板上将4 000根光纤快速定位,实现同时观测4 000个天体目标,是其两大关键技术问题之一.本文介绍了由中国科学技术大学提出的分区并行可控光纤定位技术的总体设计思想,以及在研制过程中解决的技术问题;讨论了亟待解决的光纤定位的位置测量问题.安装后的LAMOST焦面光纤定位小系统在兴隆现场已完成了与其他系统的联调,成功地批量获得了天体光谱.     

LAMOST选星关键约束条件分析与建模

针对LAMOST望远镜的特点提出了在制定星系红移巡天的观测计划过程中需要考虑的各种约束条件,重点对静态约束条件建立了算法模型,并通过模拟试验的方法分析了各类静态约束条件对观测产生的影响.     

LAMOST观测星表覆盖算法模型

介绍了几种针对LAMOST巡天战略的覆盖算法，在理论上分析这些算法的优劣，并通过模拟的手段证明了分析的结果是正确的。     

LAMOST有限元模型的径向基网络修正法

天文学的发展要求望远镜的口径越来越大,对其建立有限元模型进行动力学分析已成为必要步骤.为了保证理论分析结果符合实际,必须对有限元模型进行修正.针对大望远镜模型修正的难点,提出一种基于径向基神经网络的含有隐藏变量的改进迭代法.首先建立了LAMOST空间桁架和平衡系统的有限元模型.其次从实际出发,讨论了神经网络输入输出的选择方法.用有限的数据信息修正误差大的参数,而小误差参数作为神经网络的隐藏变量,可看作噪声而不予修正.采用均匀设计法获得神经网络的训练样本集,减小了计算量.然后在网络迭代求解过程中,每次在输出参数的附近增加均匀分布的若干个样本,而不是输出参数的单独一个样本,可防止网络性能突然变差,改善泛化特性.最后,悬臂梁和望远镜桁架仿真结果表明,含有隐藏变量的神经网络仍然能够收敛.用实测数据修正了LAMOST的平衡系统,表明了该方法的可行性和有效性.     

LAMOST多目标光纤光谱仪的研制及试运行

LAMOST望远镜（郭守敬望远镜）配置了16台低分辨率多目标光纤光谱仪,一次曝光可同时获得4000个天体的光谱信息.LAMOST低分辨率光谱仪采用新型体位相全息光栅,双通道大视场施密特光学系统,准直光束口径200mm.每台光谱仪分红、蓝区两个通道,红蓝区各配置按工作波段优化的4K×4K科学级CCD芯片,CCD采用液氮制冷.光谱仪波长覆盖范围370～900nm,光谱分辨率R=1000～10000.研制完成后的16台光谱仪安装于国家天文台兴隆观测站LAMOST焦面楼光谱房内,这些光谱仪已经用于科学试观测并取得了一批科研成果.     

OCS命令调度的设计与实现

首先分析了LAMOST观测控制系统中命令执行器的作用;然后针对并行命令与串行命令递归组合成的复杂命令流,给出了对命令流中的命令进行调度的方法;最后通过一个实例,详细地描述了命令执行器中命令调度的设计和实现.     

LAMOST光纤定位系统高精度定位单元控制系统

针对LAMOST并行可控式光纤定位系统,论文介绍了基于双回转机构的光纤定位单元,定位单元采用了基于计算机并行口的开环控制系统,并行口的数据端口构成步进电机的智能脉冲分配器,由集成音频功率放大器TDA1521组成电机的平衡桥式功率驱动电路,论文研究了提高单元定位精度的主要措施,设置机械件辅以电子开关构成单元回转的基准零位以减小多次重定位的累积误差,采用弹簧消隙机构消除齿侧间隙提高系统定位的稳定性,实验表明本定位单元能够实现光纤的快速,高精度定位,定位精度达到40μm.     

LAMOST大天工实际观测时间模拟

为了充分发挥LAMOST在实际观测中的巡天能力,利用SSS的基本算法,使用从兴隆观测站的近10年的时间观测记录作为观测时间,进行全天区(包括SGP位置)的巡天模拟.这次模拟将对望远镜的实际观测能力、光纤利用率、天区覆盖等指标给出重要的参考数据.     

LAMOST焦面板球面测量误差分析

通过对LAMOST大科学工程中焦面板面型测量所遇到的问题进行后续的理论分析,给出了测量过程中的微小误差影响测量结果的几何理论的推导.由于焦面板的形状近似于一个半径为20m的截球,其采样测量面积只占焦面理论半径所构成的虚拟球面面积的两千分之一,仅采用面型上取点计算球心、半径的一般测量方法,拟合后的数据会有非常大的离散性.此时球面测量中任何一个微小的误差都将在半径和球心位置的最后测量结果中放大.误差分析从四点拟合球面的方法入手,近似计算出测量误差对最小二乘法拟合所得的球面半径值的影响,为改进测量方法、提高测量精度提供理论依据.     

用于LAMOST的并行可控式光纤定位系统

给出了一种可用于大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（ＬＡＭＯＳＴ）的光纤定位系统．它可以在数分钟之内将４，０００根光纤重新定位，并具有可实时补偿温度和其它因素引起的各种误差，制造费用和运行费用低等一系列优点．本技术也可以用于其他焦面较大的光谱望远镜     

LAMOST光纤定位中间试验系统的研制及测试

介绍了LAMOST光纤定位中间试验系统的研制及测试情况．试验系统主要包括如下几个部分：控制主机，单元控制器，驱动电路，19个光纤定位单元，面阵CCD摄像头，图像采集卡，以及自行开发的控制程序．进行的定位精度测试表明系统各单元的定位精度总体满足要求（不超过40μm）．     

LAMOST观测控制系统的命令解析

针对LAMOST系统的复杂性，其观测控制命令将分为三个层次实现．根据编译理论，结合LAMOST望远镜的特点和其观测运行模式，采用物理解析与语法解析相结合的方法，深入探讨了各层命令集之间的解析方法．     

LAMOST焦面板及其支撑结构的设计与分析

首先通过对LAMOST焦面板及其支撑结构的主要设计参数进行有限元数值分析,得到满足LAMOST光纤定位系统技术精度指标的优化参数.考虑到LAMOST焦面板形状接近平板的特点,将壳体模型近似为平板模型进行模拟,运用有限元大型分析软件ANSYS对结构参数的优化进行搜寻.再将优化的参数代入更接近实际的壳体模型,以验证该支撑结构下的焦面板是否满足LAMOST光纤定位系统的技术精度指标的要求,结果表明,该支撑结构较好地满足了各项技术精度指标,支撑参数的选取是合理有效的.最后,对该支撑结构的振动模态进行分析,进一步确定了该优化结构的合理性.     

LAMOST焦面板及其支撑桁架的联结设计

大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)由Schmidt改正板、焦面机构和球面主镜三部分组成.焦面机构由焦面板及其支撑桁架和回转机构组成.首先介绍了焦面板及其支撑桁架的结构形式,阐述了焦面板与支撑桁架、桁架与旋转轴(回转机构一部分)的联结设计,然后分析了焦面板系统在安装调试阶段以及在工作状态的各种不利工况,最后检验了联结件在各种不利的极限情况下的安全状态,并给出联结件的设计安全裕度.     

LAMOST传光光纤的焦比退化特性分析

为了对LAMOST传光光纤的焦比退化特性进行几何光学分析,采用光线追迹法计算了不同宏弯曲曲率半径下半圆形弯曲光纤和S形弯曲光纤的出射光斑的能量分布,并分析了由光纤宏弯曲引起的焦比退化特性.给出了不同的弯曲形式及弯曲半径影响光纤的输出光斑能量分布的定量和定性分析.结果表明,随着弯曲曲率半径的减小,输出光能量分布更加发散,焦比退化更为严重.     

LAMOST望远镜的流程控制与界面调用技术

在国家大科学工程LAMOST望远镜建设中,观测控制系统(observing control system,OCS)采用流程来协调控制子系统的运转.流程具有易于编辑的特点.流程控制引擎支持多种人工干预和动态修改.规则检查确保流程控制的安全性.在OCS中结合CORBA中间件技术与界面远程调用,实现了多程序的组件管理与界面集成.     

LAMOST焦面板的光纤单元定位孔数学建模和精度分析

针对大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)的焦面板,提出了几种球面投影算法,并进行了数学建模和精度分析.计算结果表明,所提出的算法能有效地控制球面上孔群近似均匀分布的最终建模和误差精度,满足焦面板的技术要求.     

LAMOST望远镜观测控制系统的建模和分析

在LAMOST观测控制系统的开发过程中，需要从各个角度对LAMOST观测控制系统进行建模．首先对交互应用集合中的单个应用进行建模，然后再对这些应用进行合成建模，从而完成对整个OCS的构架．本文从分析和设计的角度对LAMOST观测控制系统进行面向对象建模，构建观测控制系统的体系结构和框架，并对观测控制系统和各子系统之间命令协议和状态协议进行了描述。